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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #11  
Alt 11.01.19, 12:40
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soon soon ist offline
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Standard AW: Gedankenexperiment Heisenberg

Zitat:
Zitat von Wolfgans Beitrag anzeigen
Aber beim Doppelspaltexperiment entstehen doch die Interferenzen durch die Geometrie des Doppelspaltes der in einen Elektronenstrahl gestellt wird und nicht durch Überlagerung entgegengesetzter Teil der Materiewelle eines Elektrons.
Um das zu beantworten und dabei nicht auf ein 'Fettnapfminenfeld' zu geraten müsste ich Hausaufgaben machen und aktuelle Artikel lesen wie diesen von 2013:
http://iopscience.iop.org/article/10...30/15/3/033018
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  #12  
Alt 11.01.19, 15:35
Wolfgans Wolfgans ist offline
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Standard AW: Gedankenexperiment Heisenberg

Ich habe den Artikel überflogen und auch noch andere Hinweise zu dem Gedankenexperiment von Feynman gefunden. Dort geht es allerdings um den berühmten Doppelspalt Versuch jedoch auch um die Beantwortung der Frage welchen Weg das Elektron zwischen Doppelspalt und Detektorschirm nimmt. Stellt man dies mit einem kleinen Detektor fest verschwindet das Interferenzmuster auf dem Schirm.
Wenn man also das obige Gedankenexperiment von Heisenberg durch das Muster des Doppelspaltexperimentes interpretiert erhält man die entgegengesetzten Teile der Materiewelle als entgegengesetzte Vektoren der Wahrscheinlichkeitswellen die sich auslöschen
Zitatat aus
http://www.joergresag.privat.t-onlin...htm/chap53.htm
+ + + schnipp + + +
Dort, wo überhaupt keine Elektronen auftreffen, sind die beiden Amplitudenpfeile ψ1 und ψ2 entgegengesetzt zueinander orientiert, sodass ihre Summe einen Pfeil der Länge Null ergibt − die Wahrscheinlichkeit für einen Elektronentreffer ist dann ebenfalls Null. Im Experiment mit den Wasserwellen sind dies die Stellen, wo immer ein Wellenberg des einen Lochs auf ein Wellental des anderen Lochs trifft, sodass sich die beiden Einzelwellen dort gegenseitig neutralisieren.

An den Stellen, wo die meisten Elektronen auftreffen, sind die beiden Amplitudenpfeile dagegen parallel zueinander ausgerichtet, was einen optimal langen Summenpfeil ergibt. Entsprechend groß ist dessen quadrierte Pfeillänge und damit die Trefferwahrscheinlichkeit für die Elektronen.
+ + + schnipp+ + +
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  #13  
Alt 11.01.19, 16:24
Benutzerbild von soon
soon soon ist offline
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Beiträge: 574
Standard AW: Gedankenexperiment Heisenberg

Ich war zuvor auf dieser Seite gelandet:
http://www.d1heidorn.homepage.t-onli...spalt_2013.pdf

Das hatte ich nicht verlinkt, weil ich nicht allzu viel davon verstehe und somit nicht beurteilen kann, wieviel Privatphysik da drin steckt.
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  #14  
Alt 11.01.19, 23:26
Niklas Niklas ist offline
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Standard AW: Gedankenexperiment Heisenberg

Zitat:
Zitat von soon Beitrag anzeigen
Mit "Apparat" könnte schlicht ein Versuchsaufbau mit Doppelspalt, Detektor usw. gemeint sein.
Hm bei einem Doppelspaltversuch würde es zwar auch zu Auslöschung kommen, jedoch auch zu Verstärkung. Heisenberg spricht allerdings davon, dass in eine bestimme Richtung Auslöschung eintritt und das das Elektron deswegen nicht in diese Richtung abgegeben werden kann, also muss eigentlich destruktive Interferenz vorliegen.

Zitat:
Zitat von soon Beitrag anzeigen
Die fiktiven "Bestimmungsstücke" bieten die Möglichkeit nach der Emission und vor der Detektion Aussagen
zum genauen Ort des bevorstehenden Aufreffens zu machen, ohne das Interferrenzmuster zu zerstören.
Ich habe es eher so verstanden, dass Heisenberg erklären möchte, dass der Zerfall des Atoms und die damit einhergehende Abgabe des Elektrons, in eine gewisse Richtung, nicht den Kausalitätsgesetzen unterliegt. Also um zu veranschaulichen warum man VOR dem Zerfall nichts darüber aussagen kann und nicht nachdem das Elektron bereits ausgesandt wurde.

Zitat:
Zitat von soon Beitrag anzeigen
Die "entgegengesetzten Richtungen" verstehe ich als "unterschiedliche Richtungen".
Ja davon gehe ich auch aus, da ich mir nicht vorstellen kann wie man zwei Wellen, die zuerst in entgegengesetzter Richtung ausgesandt werden zur Interferenz bringen kann, sodass destruktive Interferenz eintritt bzw nur in eine der beiden Richtungen. Wenn man sie z.B. spiegeln würde, so würde doch durch die entgegenlaufenden Wellen eine stehende Welle enstehen, die zwar Auslöschung hervorruft allerdings auch wieder Verstärkungen der Wellenberge aufzeigen würde und das in beide Richtungen nicht nur in eine.

Ich würde daher auch davon ausgehen, dass der Apparat nur in einer gewissen Richtung aufgebaut ist und somit in einer bestimmten Richtung zu destruktiver Interferenz führt. Die Wahrscheinlichkeitswellen werden dort ausgelöscht, somit kann das Elektron nicht in diese Richtung ausgesandt werden. Wenn ich meinen Apparat also nördlich des Atoms aufbaue, so kann ich das Elektron nie hinter dem Apparat finden, also kann es auch nicht in diese Richtung abgegeben werden. Wenn ich den Versuch jetzt immer wiederholen würde, mit dem gleichen Versuchsaufbau, so würde keines der Radiumatome sein Elektron nach dem Zerfall in nördliche Richtung aussenden, da dort der Apparat zur Auslöschung führt, somit würde es dort nie detektiert werden und man könnte die Auslöschung durch Interferenz experimentell beweisen.

Würde es "Bestimmungsstücke" geben, mit denen man vor dem Zerfall Aussagen über den Weg des Elektrons machen könnte, so würde keine Wahrscheinlichkeitswelle ausgesandt werden und das Elektron würde seinen Wellencharakter verlieren. Somit würde keine Auslöschung entstehen und das Elektron könnte auch noch hinter dem Apparat detektiert werden.

Man muss auch im Hinterkopf haben, dass es diesen Apparat damals nicht gegeben haben muss, da es ein Gedankenexperiment ist. Gibt es denn heutzutage solche Apparate, die die Wellen eines Elektrons zur destruktiven Interferenz bringen können?

Den Vergleich zum "Delayed Choice Quantum Eraser Experiment" verstehe ich nicht so ganz. Hier wird doch ein Teilchen aufgespalten und in zwei verschränkte Teilchen aufgetrennt. Die Besonderheit des Experimentes ist es doch, dass das eine verschränkte Teil auf einem Detektor aufschlägt und noch gar nicht wissen kann ob es Interferenz bilden soll oder nicht, es jedoch nach Auswertung des Experiments immer das gleiche Tat wie seine Partnerteilchen, also Interferenz bilden oder eben nicht. Außergewöhnlich daran ist doch, dass das erste Teilchen scheinbar selbst nach einer Wechselwirkung mit der makroskopischen Welt noch in einer Art Überlagerungszustand ist, das Elektron in dem von Heisenberg beschriebenen Experiment jedoch nicht. Oder verstehe ich nicht ganz worauf du hinaus wolltest bzw sehe einen Zusammenhang nicht?

Geändert von Niklas (11.01.19 um 23:35 Uhr)
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  #15  
Alt 12.01.19, 08:38
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soon soon ist offline
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Standard AW: Gedankenexperiment Heisenberg

Zitat:
Zitat von Niklas Beitrag anzeigen
...Ich habe es eher so verstanden, dass Heisenberg erklären möchte, dass der Zerfall des Atoms und die damit einhergehende Abgabe des Elektrons, in eine gewisse Richtung, nicht den Kausalitätsgesetzen unterliegt. ...
Ja, ich hatte wohl zu sehr auf einzelne Sätze innerhalb der Anführungszeichen fokussiert.

Macht aber eigentlich nix, da man das Gedankenexperiment auch auf andere Bereiche übertragen kann.

Hier nochmal das ganze Kapitel 10, Quantenmechanik und Kantsche Philosophie (1930-1932), beginnend im unteren Drittel des Textes:
https://books.google.de/books?id=Sgs...etzten&f=false
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Geändert von soon (12.01.19 um 08:49 Uhr)
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  #16  
Alt 12.01.19, 08:41
Bernhard Bernhard ist offline
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Standard AW: Gedankenexperiment Heisenberg

Zitat:
Zitat von soon Beitrag anzeigen
Das hatte ich nicht verlinkt, weil ich nicht allzu viel davon verstehe und somit nicht beurteilen kann, wieviel Privatphysik da drin steckt.
Es handelt sich dabei um eine seriöse Auseinandersetzung mit eher unorthodoxen Ansichten.
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Freundliche Grüße, B.

Überhaupt droht ja jedem universelle Geltung heischenden Ansatz die Sphinx der modernen Physik, die Quantentheorie - T. Kaluza, 1921
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  #17  
Alt 12.01.19, 09:38
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TomS TomS ist offline
Singularität
 
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Standard AW: Gedankenexperiment Heisenberg

Evtl. hilft es, die Argumentation aus moderner Sicht zu verstehen.

Tatsache ist, dass damals nur Wahrscheinlichkeitsaussagen gemacht wurden und dass dies in der Community um Bohr eher ein Dogma war. Man wehrte sich nicht nur sachlich gegen andere Ansichten (Einstein, ...) sondern man forderte eher schon einen Glauben an dieses Dogma ein.

Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job of interpreting quantum theory was done 50 years ago.
(Gell-Mann)

Hermann fordert ein, dass die Physiker diese Situation des scheinbaren Verlustes an Kausalität nicht als Faktum sondern als Aufgabe begreifen sollen. Heisenberg entgegnet ihr, man halte diese Kenntniss für vollständig und die Natur teile einem dies mit.

Hermanns Position ist zumindest konstruktiv. Heisenbergs erstes Statement entspricht Bohrs Dogma, letzteres war und ist objektiv falsch! Zu dieser Zeit hatte die Natur den Physikern noch herzlich wenig mitgeteilt, was auch an Bohrs Interdictum lag, sich damit zu befassen.

Erst später begannen kritische Geister sich mit den theoretischen Grundlagen und experimentellen Konsequenzen zu befassen (Bohm, Everett, Bell, ...). Daraus resultierte erstens der Versuch, die Kausalität zu retten - was bei Bohm und Everett in gewisser Weise gelingt - und zweitens die bis heute andauernden Anstrengungen, die Bestimmungslücke genauer zu verstehen.

Aus heutiger Sicht würde man mittels verborgender Variablen argumentieren. Bell zeigte 1964 für bestimmte Situation die theoretischen Konsequenzen verborgender Variablen auf, insbs. als Antwort auf Einstein, Podolsky und Rosen (1935).

Ab den Sechzigern wurden dann auch diesbzgl. Experimente durchgeführt, aus denen die Widerlegung der Existenz der Bestimmungslücke für eine große Klasse von Experimenten folgt, bzw. die weitreichende Einschränkungen für die prinzipielle Möglichkeit einer Bestimmungslücke nach sich ziehen (die Schlupflöcher).

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Bell...Untersuchungen

Sämtliche spätere Bestrebungen, dieses Thema tatsächlich als naturwissenschaftliche Aufgabe zu begreifen und das Wesen der Bestimmungslücke zu verstehen fanden trotz - nicht wegen - der Kopenhagener Schule statt (zu Weizsäcker kann ich diesbzgl. nichts sagen). Die damals einzige „zulässige“ Interpretation der Quantenmechanik war nie an tieferem Verständnis orientiert, sondern am pragmatischen Fortschrittsdenken. Siehe dazu auch das

Kap. 8 - Atomphysik und pragmatische Denkweise (1929)

in dem Heisenbergs Erleichterung zu spüren ist, dass ihm in den USA keine derartigen Fragen gestellt werden und man mit dem Status Quo zufrieden war, solange er funktionierte.

Ich halte den Diskurs zwischen Physik und Philosophie in dieser Zeit im wesentlichen für eine Offenbarung des wenig kritischen Geistes in der Physik sowie für die Veranschaulichung eines naives Physik- und Metaphysikbild der Philosophie.

EDIT: Andersherum ist die Haltung vieler Physiker rein emotional verständlich. Man ist jahrzehntelang in einem mechanistischen Weltbild gefangen, in dem man sich - zusammen mit der Philosophie - schön eingerichtet hat. Leider gelingt es innerhalb dieses Kontextes nicht, wesentliche Phänomene zu verstehen; einige Bereiche der theoretischen Physik stehen vor ihrem jahrzehntelangen Scheitern. Da gelingt einer kleinen Gruppe junger Wissenschaftler durch einen radikalen Bruch - und gegen den Widerstand älterer Kollegen und „deutscher Physiker“ - innerhalb weniger Jahre eine unglaublichen Revolution. Man beachte: Heisenbergs erste Arbeiten stammen aus 1925, die QM war formal abgeschlossen mit Dirac 1926 und insbs. von Neumanns Mathematical Foundations of Quantum Mechanics 1932. 1927 arbeitet Dirac an seiner berühmten Gleichung zur relativistischen QM und ersten Ansätzen zur QED. 1932 publiziert Fermi zur QED, 1933 zum Neutrino und zur Theorie des β-Zerfalls. In diese produktive Phase hinein kommen nun „kritische Fragen“ zu dieser neuen Theorie, die natürlich auch und insbesondere reaktionär aufgefasst werden. Und derartige Fragen kommen nun auch noch von Philosophen, die naturgemäß nicht mal ansatzweise verstanden hatten - und in vielen Fällen bis heute nicht verstehen - um was es im Kern überhaupt geht. Insofern empfinde ich die Diskussion, so wie sie von Heisenberg nachgezeichnet wird, sogar noch für sehr sachlich und geduldig ;-)
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«while I subscribe to the "Many Worlds" theory which posits the existence of an infinite number of Toms in an infinite number of universes, I assure you that in none of them am I dancing»

Geändert von TomS (12.01.19 um 12:11 Uhr)
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  #18  
Alt 12.01.19, 13:31
Wolfgans Wolfgans ist offline
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Standard AW: Gedankenexperiment Heisenberg

Zitat:
Zitat von Niklas Beitrag anzeigen
Den Vergleich zum "Delayed Choice Quantum Eraser Experiment" verstehe ich nicht so ganz. Hier wird doch ein Teilchen aufgespalten und in zwei verschränkte Teilchen aufgetrennt.
Dies verstehe ich anders, es geht meiner Ansicht nach nicht um verschränkte Teilchen.

Zitat aus dem verlinkten Artikel von Spektrum:
"Ein monoenergetischer Neutronenstrahl wird mit einem ersten Strahlteiler aufgeteilt. Die Dichte des Strahls ist dabei so gering, dass sich im Mittel nur ein Neutron im Interferometer befindet."
Der Strahlteiler wäre bei Photonen ein halbdurchlässiger Spiegel. Wenn die Intensität des Strahls so gedimmt wird, dass jeweils nur ein Teilchen die Apparatur durch läuft, sind die nicht paarweise verschränkt, sondern durchlaufen die Apparatur entweder durch den Pfad ACD1 oder durch ABD2
Zitat:
"Steht der Strahlteiler E nicht im Strahlengang, so messen beide Detektoren unabhängig von α den Wert 50% für die relative Zählrate, da in diesem Fall keine Interferenz der beiden Teilstrahlen stattfinden kann."
Man weiss also nicht, welchen Pfad das Neutron nehmen wird, bevor es nicht auf einen Detektor trifft. Dann aber weiß man es. Will man nun den Weg bestimmen, den das Neutron nimmt bevor es detektiert wird, so schiebt man den Strahlteiler E ein und stellt dann Interferenzmuster fest
Zitat:
"Der Strahlteiler E kann entsprechend dem Wunsch des Beobachters während des Experiments herausgenommen oder in den Strahlengang hineingestellt werden. Befindet sich der Strahlteiler E im Strahlengang, so läßt sich durch Variation des Phasenwinkels α Interferenz der beiden Teilstrahlen beobachten."
Will ich also durch den Phasenschieber F und den Strahlteiler E bestimmen
welchen Weg die Teilchen nehmen, bevor sie die Detektoren treffen, erhalte ich ein Interferenzmuster abhängig von der Phase alpha mit den entsprechenden Auslöschungen und Verstärkungen.

Wie hängt dies mit dem Gedankenexperiment von Heisenberg zusammen?
Der Strahlteiler A tritt an Stelle des Radiumatoms. Und nun hab ich die Situation, falls ich das Neutron als eine Materiewelle auffasse, Teilwellen in verschiedene Richtungen, zu betrachten und Bestimmungsstücke für eine bestimmte Richtung zu finden. Und stelle durch die Interferenz fest, dass auch ein einzelnes Teichen beide möglichen Wege nimmt.
Zitat:
"In der quantenmechanischen Behandlung des Problems muß die Wellenfunktion des Neutrons als Überlagerung der beiden möglichen Wege angesetzt werden."
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  #19  
Alt 12.01.19, 14:23
Wolfgans Wolfgans ist offline
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Standard AW: Gedankenexperiment Heisenberg

Ich glaube in diesem Artikel geht es vor allem darum, zu beweisen, dass das Doppelspaltexperiment nicht dadurch erklärt werden kann, dass die Elektronen am Doppelspalt elektromagnetische Wellen erzeugen, die die Interferenz auslösen.
Wenn jeweils nur ein Elektron den Doppelspalt passiert und dennoch Interferenzmuster enstehen, kann man es so deuten, dass es 'irgendwie' beide Wege durch den Doppelspalt nimmt, solange man nicht einen auszeichnen will.
Dies wird auch in der 'Muthsam-Simulation 'deutlich.
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  #20  
Alt 12.01.19, 15:06
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
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Standard AW: Gedankenexperiment Heisenberg

Zitat:
Zitat von Wolfgans Beitrag anzeigen
... geht es vor allem darum, zu beweisen, dass das Doppelspaltexperiment nicht dadurch erklärt werden kann, dass die Elektronen am Doppelspalt elektromagnetische Wellen erzeugen, die die Interferenz auslösen.
Wenn jeweils nur ein Elektron den Doppelspalt passiert und dennoch Interferenzmuster enstehen, kann man es so deuten, dass es 'irgendwie' beide Wege durch den Doppelspalt nimmt.
Richtig.

Für el.-mag. Wellen ist die Interferenz nicht das Problem, jedoch das Auftreten einzelner Punkte auf dem Schirm. Für klassische Punktteilchen sind die Punkte auf dem Schirm nicht das Problem, jedoch die Interferenz. Daher folgert man, dass Photonen weder klassisches Teilchen noch Welle sind, sondern fundamental nicht-klassisch.

Die „beiden Wege“ - letztlich unendlich viele Wege - werden im Pfadintegralformalismus explizit berechnet. Ein Einstieg ist Feynmans QED-Büchlein.
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betazerfall radium, materiewellen, vollständige kenntnis

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